CC BY
61
УДК 624.21
П. М. КОВАЛЬ (Нацюнальна академiя образотворчого мистецтва i арх^ектури, Кшв), С. В. СТОЯНОВИЧ (держдорНД1 iM. М. П. Шульпна, Кшв)
НАПРУЖЕННЯ У ЗБ1РНО-МОНОЛ1ТНИХ ЗАЛ1ЗОБЕТОННИХ ПРОГОНОВИХ БУДОВАХ МОСТ1В ПРИ ВРАХУВАНН1 СТАД1ЙНОСТ1 РОБОТИ
В статп наведено результати теоретичного вивчення р1вн1в напружень в зб1рно-монолггних зал1зобетон-них прогонових будовах моспв з урахуванням i без урахування стадшносп роботи. 1стотний вплив на р1з-ницю деформаци з урахуванням стадшносп роботи зб1рно-монол1тних прогонових будов моспв визначено для прогошв, що перевищують 12 м.
Ключовi слова: м1ст, зал1зобетон, арматура, граничний стан
В статье приведены результаты теоретического изучения уровней напряжений в сборно-монолитных железобетонных пролетных строениях мостов с учетом и без учета стадийности работы. Существенное влияние на разницу деформаций с учетом стадийности работы сборно-монолитных пролетных строений мостов определено для пролетов, превышающих 12 м.
Ключевые слова: мост, железобетон, арматура, предельное состояние
The results of theoretical study of the levels of stresses in precast-monolithic bridge spans with and without consideration of stages of their work are presented. A significant influence on difference of the deformations taking into account the work stages of the precast-monolithic bridge spans for spans exceeding 12 m is determined.
Keywords: bridge, concrete, armature, limiting state
Вступ
Завдяки низщ переваг збiрно-монолiтнi конструкцп знайшли широке застосування як в промисловому та цившьному будiвництвi, так i в мостобудуванш Практика втизняного та закордонного будiвництва доводить доцшь-шсть широкого застосування при зведенш ав-тодорожшх та мюьких моспв збiрно-монол^ного залiзобетону. Основна щея збiрно-монолiтного перерiзу полягае в тому, що най-бiльш вiдповiдальнi i трудомiсткi елементи ви-готовляють iндустрiальним шляхом на заводах чи пол^онах, а менш складний елемент - плиту, виконують на мiсцi. Збiрнi елементи при цьому служать за риштування i навiть в бага-тьох випадках - опалубкою для укладання мо-нол^ного бетону. Бетон монолiтноi частини, шсля набору мiцностi зв'язуе збiрнi елементи в едину робочу систему. Використання принципу збiрно-монолiтностi мае за мету забезпечити надшшсть та довговiчнiсть мостових конструк-цiй, зменшити витрати матерiалiв, пiдвищити економiчнiсть у використаннi.
В чинних нормах проектування мостiв ДБН В.2.3-14:2006 [1] при розрахунку збiрно-монол^них конструкцiй вiдсутнi рекомендацii з врахування вщмшностей у фiзико-механiчних характеристиках збiрного та монолiтного бето-шв, стадiйнiсть роботи таких конструкцiй. Ре-комендацii та посiбники для проектування ци-вiльних i промислових будiвель [2-5] не розпо-
всюджуються на проектування моспв. В ш-струкци [6] розрахунок збiрно-монолiтних прогонових будов моспв виконуеться з враху-ванням характеристик збiрного та монолiтного бетошв без традицiйного зведення до одного матерiалу, враховуються довготривалi процеси при ощнщ напружено-деформованого стану конструкцii, але не враховуеться стадшшсть роботи таких прогонових будов.
Для сталезалiзобетонних мостiв норми проектування [1] враховують стадiйнiсть роботи прогонових будов. За етапами послщовного включення в роботу окремих елементiв прого-новоi будови збiрно-монолiтнi мости подiбнi до сталезалiзобетонних. Виникае логiчне питання, чому при iх проектуваннi не враховуеться стадшшсть роботи комплексного перерiзу конструкцп.
Iмовiрно, що при будiвництвi прогонових будов мостiв з вщносно невеликими прогонами 6...24 м, яю будувались до цього часу, вплив стадшносп на роботу збiрно-монолiтних прогонових будов моспв був невеликий. Але зараз вщбувся перехщ до будiвництва мостiв пере-важно з прогонами 18... 33 м., тому варто до-слiдити, як впливае стадшшсть роботи на на-пружено-деформований стан збiрно-монолiт-них прогонових будов моспв.
Мета даних до^джень - визначити, як вiдрiзняються рiвнi напружень при розрахунку балок прогоново1' будови збiрно-монолiтних
© Коваль П. М., Стоянович С. В., 2011
прогонових будов моспв при врахуванш ста-дiйностi роботи i без ii врахування у залежностi вiд довжини прогонiв.
Основна частина
Теоретично дослщжувалась збiрно-монолiтна прогонова будова (рис. 1, a) з вико-ристанням попередньо напружених мостових
200
Армування балки типу «3Бе1>120» здшсню-еться поздовжньою робочою арматурою: попе-редньо напруженi канати типу К7 дiаметром 12,8 мм (кшьюсть канатiв для вiдповiдного прогону балки див. табл. 1), поздовжньою конструктивною - звичайна арматура 08 А400С та поперечною арматурою - звичайна арматура 08...12 А400С. Клас бетону балок за мщшстю на стиск В40. Початкове напруження канапв перед бетонуванням становило 1200 МПа. Балка тддавалася тепловш обробщ протягом 16 год. при максимальнш температурi 60.65 °С. Передача зусилля на бетон вщбува-лась при досягненш ним мiцностi 28 МПа.
Клас монол^ного бетону плити про1зно1 ча-стини на стиск В35.
Таблиця 1
Кшьккть камамв в балках типу «3Bet-120»
L балки, м 9 12 15 18 21 24 27 30 33
Верхш, шт 2 2 2 2 2 2 2 2 2
Нижш, шт 16 20 23 36 29 33 37 41 45
Розрахунок конструкци проводився з враху-ванням та без врахування стадшносп li роботи згiдно дiючих норм [1, 7] та з урахуванням по-ложень, наведених в [2, 3, 6].
Об'ектом для дослщжень була обрана сере-дня балка прогоново! будови. На рис. 2 наведе-
балок типу «3Бе1;-120» (рис. 1, б), довжиною 9 м, 12 м, 15 м, 18 м, 21 м, 24 м, 27 м, 33 м. Габарит моста по шириш становить Г-10,5+2*0,75 м. В поперечному напрямку вщ-стань мiж осями балок становить 1,6 м. Балки об'еднанш мiж собою для сумюно! роботи мо-нол^ною плитою про1зно1 частини товщиною 21 см.
но зведенi поперечш перерiзи збiрноl балки (див. рис. 2, а) та збiрноl балки об'еднано! з монолiтною плитою (див. рис. 2, б).
1 — 1 3
1 g
1 "К Jb
1 \ ш '
а) 6)
Рис. 2. Зведеш перер1зи: а) - зб1рна балка; б) - зб1рна балка об'еднана з монолитною плитою
Визначення внутрiшнiх зусиль
Значення максимальних згинальних момен-тiв вщ ди постiйного навантаження на най-бiльш завантажену середню балку для кожного з прогошв поданi в табл. 2.
Нормативне тимчасове вертикальне навантаження вщ автотранспорту зпдно [7] прийма-емо за двома схемами:
• рiвномiрно розподiлене смугове навантаження вщ автотранспортних засобiв А15;
• колiсне чотиривiсне зосереджене навантаження НК-100.
.750 Li N IDbDD 7 i •0 200
1020 f X 2 1600 L 1600 i X , шт , * 2 1600 1 2 , 1600 i I X . 1600 [ то .. ж 20 .
Е
б)
Рис. 1. Поперечш перер1зи:
а) - прогоново! будови моста; б) - балки типу «3БеЫ20»
Значення згинальних моменив в середиш прогону балки в1д ди постiйного навантаження
L прогону, м 8,4 11,4 14,4 17,4 20,4 23,4 26,4 29,4 32,4
Балка + монолитна плита
Мн, кНм 158,76 292,41 466,56 694,83 936,36 1232,01 1568,16 1944,81 2411,82
Бал ка + монол атна плита + дорожн 1й одяг
Мн, кНм
197,74
364,22
581,13
862,11
1166,29 1534,54 1953,23 2422,36 2991,82
Максимальш значення згинальних моменпв завантажену середню балку для кожного з про-вщ дii тимчасового навантаження на найбшьш гонiв наведенi в табл. 3.
Таблиця 3
Значення згинальних момен^в в середиш прогону балки вщ ди тимчасового навантаження
L прогону, м 8,4 11,4 14,4 17,4 20,4 23,4 26,4 29,4 32,4
Мн, кНм 357,52 510,64 655,69 795,31 934,94 1079,71 1231,22 1426,36 1626,54
Розрахунок конструкцн 1з врахуванням стадшност роботи
Зпдно [2, 3] збiрно-монолiтнi конструкцii необхщно розраховувати для наступних двох стадш роботи конструкцii:
• до набирання монолiтним бетоном заданоi мiцностi - на дда власноi ваги цього бетону та шших навантажень, що дiють на даному етапi спорудженш конструкцii;
• пiсля набирання монол^ним бетоном задано!' мiцностi - на навантаження, що ддать на даному етат будiвництва та при експлуата-цii конструкцii.
Розрахунок напружень збiрних балок до набирання монолггаим бетоном заданоi мiцностi виконуемо у вiдповiдностi норм [1, 2] за формулами:
• для нижньо! граш перерiзу збiрноi балки
для верхньо! граш nepepi3y 36ipHoi' балки
с, = -
N + N • yled • e0 - M • fbred
b red
red
red
N
red
N • yled • eo , M1 • yled .
red
red
де N - рiвнодiюча зусиль попереднього на-пруження, АЬгеё - площа перерiзу збiрноi балки, 1Ьгеа - момент шерци перерiзу збiрноi балки, у1еЛ, у1гй - вiдстань ид центру ваги пере-рiзу збiрноi балки до нижньо! та верхньоi граней балки вiдповiдно, е0 - вiдстань вiд центру ваги перерiзу балки до рiвнодiючоi зусиль вщ попереднього напруження, М1 - згинальний момент вiд дii постшного навантаження (влас-но! ваги балки та монол^ного бетону).
Напруження вщ навантаження, прикладено-го до набирання монол^ним бетоном заданоi мiцностi, зведеш в табл. 4.
Таблиця 4
Значення напружень вщ навантаження (власна вага балки + власна вага монолггного бетону плити), прикладеного до набирання монол^ним бетоном заданоТ мщност
L прогону, м 8,4 11,4 14,4 17,4 20,4 23,4 26,4 29,4 32,4
На верхнш граш зб1рно! балки
с, МПа -0,312 -1,14 -2,522 -4,093 -6,219 -8,749 -12,01 -15,54 -19,37
На нижн ш граш зб 1рно! балк] и
с, МПа
-7,19
,339
-8,385
-8,339
-7,852
-7,4o6
-6,17
5,17 -3,347
де знак «-» - стиск, знак «+» - розтяг
Розрахунок напружень збiрно! балки шсля набирання монолiтним бетоном задано! мщнос-т виконуемо вiдповiдно [2-6] за формулами: • для нижньо! гранi перерiзу збiрно! балки
с = с,
М2 * УНГеЛ
гвс1
для верхньо! гранi перерiзу збiрно! балки
с = с, — -
м 2 • (у^ - ит)
I
red
де 1гей - момент шерци збiрно-монолiтного
перерiзу, угей, угей - вiдстань вiд центру ваги збiрно-монолiтного перерiзу до нижньо! та верхньо! граней перерiзу вiдповiдно, Нт - товщи-на монолiтно! плити збiрно-монолiтного пере-рiзу, М2 - згинальний момент вiд дi! постшно-
го (власна вага балки, власна вага монолггао! плити, власна вага дорожнього одягу) та тимча-сового навантажень.
Напруження вiд навантаження, прикладено-го пiсля набирання монолiтним бетоном задано! мщносп (власна вага балки, монолггно! плити, дорожнього одягу, тимчасового навантаження) зведеш в табл. 5.
Таблиця 5
Значення напружень ввд постшного та тимчасового навантаження, прикладеного пiсля набирання монол^ним бетоном заданоТ мiцностi
Ь прогону, м 8,4 11,4 14,4 17,4 20,4 23,4 26,4 29,4 32,4
На верхнш граш зб1рно! балки
с, МПа -1,04 -2,209 -3,94 -5,86 -8,36 -11,29 -15,02 -19,09 -23,93
На нижн ш граш зб 1рно!' балк] и
с, МПа -5,12 -5,218 -4,43 -3,44
де знак «-» - стиск, знак «+» - розтяг
Розрахунок конструкцп без врахування стадшност роботи
Як було вище згадано, згiдно ддачих норм проектування мостiв [1] при розрахунку конс-трукцiй, у нашому випадку збiрно-монолiтних прогонових будов, не враховуеться стадiйнiсть роботи. Розрахунок напружень виконуеться за формулами:
• для нижньо! граш перерiзу збiрно! балки
-1,958
-0,481
2,08
4,48
7,463
де N - рiвнодiюча зусиль попереднього на- площа перерiзу збiрно-
red
N N • у^ • ео М • у^
с = -
А I I
red red red
для верхньо! граш перерiзу збiрно! балки
с = —
N N • у^ • eо М • (у^ — Ит)
пруження,
монол^ного перерiзу, 1гей - момент шерци зб> рно-монолiтного перерiзу, e0 - вщстань вiд центру ваги перерiзу до рiвнодiючо! зусиль вiд попереднього напруження, у"Г(,а , увгей - вщстань вiд центру ваги збiрно-монолiтного перерiзу до нижньо! та верхньо! граней перерiзу вщповщ-но, кпл - товщина монолiтно! плити збiрно-монолiтного перерiзу, М - згинальний момент вщ дi! постiйного та тимчасового навантажень.
Отримаш наступнi значення напружень балок при дп постшних та тимчасових навантажень на конструкщю (табл. 6 та 7).
- +
red
red
red
Таблиця 6
Значення напружень ввд постшного навантаження
Ь прогону, м 8,4 11,4 14,4 17,4 20,4 23,4 26,4 29,4 32,4
На верхнш граш зб1рно! балки
с, МПа -0,54 -0,841 -1,24 -1,66 -2,25 -2,92 -3,72 -4,63 -5,7
На нижн ш граш зб 1рно! балк] и
с, МПа -6,71 -7,76 -8,07
де знак «-» - стиск, знак «+» - розтяг
-8,26
-7,99
-7,89
7,23 -6,75 -5,66
Значення напружень вщ тимчасового та постшного навантажень
L ^oro^, м 8,4 11,4 14,4 17,4 20,4 23,4 26,4 29,4 32,4
Ha вepхнiй гpaнi збipнoï балки
с, МПа -1,2 -1,78 -2,44 -3,14 -3,97 -4,91 -6,02 -7,29 -8,7
Ha нижн ш граш зб ipнoï балк] и
с, МПа
-4,83
-5,12
-4,71
-4,16
-3,26 -2,48 -1,02 0,383 2,31
дe знак «-» - cтиcк, знак «+» - poзтяг
Зпдвд oтpимaних peзyльтaтiв нaпpyжeнь пpи вpaхyвaннi cтaдiйнocтi та бeз вpaхyвaння стад^шеи poбoти збipнo-мoнoлiтних кoнcтpy-кцiй бyлo пoбyдoвaнo гpaфiки зaлeжнocтi на-пpyжeнь на нижнiй та вepхнiй ^анях збipнoï балки пpи дiï пocтiйнoгo та тимчacoвoгo наван-тaжeнь вщ дoвжини пpoгoнy (pиc. 3).
о, M Ра
0
•
Д1ЙНИЙ pOipaxyHOK остального роэрахунку
—•—без п
9 12 IS 18 21 24 27 30 33 L и б)
Риа 3. Зaлeжнicть нaпpyжeнь балки вщ дoвжини пpoгoнy на:
а) - нижнш ppam, б) - вepхнiй ppam
Висновки
Пpи тeopeтичних дocлiджeннях пoпepeдньo нaпpyжeнoï балки збipнo-мoнoлiтнoï ^ororo-вoï бyдoви мocтa в зaлeжнocтi вiд дoвжини ^o-гoнy вcтaнoвлeнi вiдмiннocтi пpи пocтaдiйнoмy та ж вpaхoвyючи cтaдiйнicть poзpaхyнкy mra-тpyкцiï. Знaчнe збiльшeння вeличини на^у-жeнь, щo 6ули oтpимaнi пpи вpaхyвaннi стадш-нocтi poбoти збipнo-мoнoлiтнoï кoнcтpyкцiï пpи дoвжинi пpoгoнy в дiaпaзoнi вiд 12 м дo 33 м. BapTO пpoдoвжити дaнi дocлiджeння, щoб poз-poбити peкoмeндaцiï з вpaхyвaння cтaдiйнocтi poбoти збipнo-мoнoлiтних пpoгoнoвих бyдoв мocтiв.
БIБЛIОГPАФIЧHИЙ СПИСОК
1. ^H В.2.3-14:2006. Cпopyди тpaнcпopтy. Mocrn та тpyби. Пpaвилa пpoeктyвaння. [Тeкcт]. -Bвeд. 2007-02-01. - К.: Мш буд., apхiт. та житл.-кoмyн. гocп-вa, 2006. - 359 c.
2. CHиП 2.03.01-84. Бeтoнныe и жeлeзoбeтoнныe кoнcтpyкции [Тeкcт]. - М.: ЦИТП Гoccтpoя СССР, 1985. - 144 c.
3. Пpoeктиpoвaниe жeлeзoбeтoнных c6OPTO-мoнoлитных кoнcтpyкций [Тeкcт]: cпpaвoчнoe пocoбиe к CHиП 2.03.01.84. - М.: HИИЖБ, 1991. - 61 c.
4. Пpoeктиpoвaниe и изгoтoвлeниe c6opm-мoнoлитных кoнcтpyкций [Tera^. - К.: Бyдiвe-льник,1982. - 152 c.
5. Peкoмeндaции ш пpoeктиpoвaнию и pacчeтy cбopнo-мoнoлитных жeлeзoбeтoнных кoнcтpyк-ций [Teкcт]. - М.: HИИЖБ, 1978. - 94 c.
6. Iнcтpyкцiя з poзpaхyнкy тавих титв збipнo-мoнoлiтних пpoгoнoвих бyдoв aвтoдopoжнiх мo-cтiв [Teкcт]. - K:HTY, 2005. - 103 c.
7. ^H B.1.2-15:2009. Cпopyди тpaнcпopтy. Mocти та тpyби. Haвaнтaжeння i впливи [Tera^. -Bвeд. 2010-03-01. - К. Мш peгioн буд. У^аши, 2009. - 66 c.
Haдiйшлa дo peдкoлeгiï 20.04.2011. ^ийнята дo дpyкy 29.04.2011.
es
